朱 耘

（華中光電技術(shù)研究所-武漢光電國(guó)家實(shí)驗(yàn)室 武漢 430223）

1 引言

潛艇成像在所有的潛艇任務(wù)中占重要地位，然而，當(dāng)潛艇潛入水下后，長(zhǎng)達(dá)數(shù)十年的一個(gè)漫長(zhǎng)時(shí)期潛艇指揮員都是完全依靠光學(xué)潛望鏡觀察水面態(tài)勢(shì)，潛望鏡需要大面積穿透耐壓殼體，并且還需要在指揮臺(tái)圍殼內(nèi)增加結(jié)構(gòu)復(fù)雜的沉重的升降裝置的支撐系統(tǒng)，同時(shí)技術(shù)上還要求達(dá)到成熟的工程化程度，滿足圍殼的水密完整性。而且，為了滿足潛艇指揮員或值守人員的觀察要求，搜索與跟蹤潛望鏡的旋轉(zhuǎn)目鏡盒分別都位于控制艙的中心位置，占據(jù)了極大的可用空間，直觀式光學(xué)潛望鏡的控制艙還必須位于潛艇圍殼的下方，傳統(tǒng)的潛望鏡在構(gòu)造形式越來(lái)越不能適應(yīng)現(xiàn)代潛艇技術(shù)的要求。光電桅桿不再需要穿透耐壓殼體，只需要通過(guò)一根電纜將這些傳感器與潛艇內(nèi)部連接起來(lái)。自20世紀(jì)80年代開(kāi)始研制，潛用非穿透光電桅桿系統(tǒng)在傳感器的性能方面已有了長(zhǎng)足的進(jìn)步，目前光電桅桿的的優(yōu)點(diǎn)已經(jīng)得到廣泛的認(rèn)識(shí)，如相對(duì)于穿透式潛望鏡隱身性更高、對(duì)艇體的改裝要求更低以及適裝性和安全性更高等。因此，目前幾個(gè)主要的大國(guó)海軍潛艇都裝備這種光電桅桿，其艇員可完全依靠這種非耐壓殼體穿透式的觀察設(shè)備來(lái)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的穿透式目力觀察潛望鏡［1］。

2 英國(guó)

在英國(guó)，目前光電桅桿的生產(chǎn)商是泰勒斯集團(tuán)Thales UK，其前身是Barr&Stroud公司，后來(lái)又改為Pilkington Optronics公司。1917年公司首次為英國(guó)皇家海軍的（RN）的H級(jí)潛艇提供了CH01光學(xué)潛望鏡，Barr Stroud公司及其繼任者一直是皇家海軍唯一的潛艇潛望鏡和光電桅桿的供應(yīng)商［2］。

2.1 CM010系列光電桅桿

Barr&Stroud公司于20世紀(jì)80年代開(kāi)始研究光電桅桿技術(shù)，并于1992年做出決策投資研制CM010光電桅桿系統(tǒng)，1993年完成了產(chǎn)品設(shè)計(jì)，隨后生產(chǎn)出樣機(jī)進(jìn)行了海上驗(yàn)證性試驗(yàn)和可靠性試驗(yàn)。該系統(tǒng)于1998年5月開(kāi)始至2000年安裝到“特拉法爾加”（Trafaflgar）級(jí)“銳利”號(hào)（HMSTrenchant）核動(dòng)力攻擊潛艇（SSN）上臨時(shí)替代CH084潛望鏡進(jìn)行了海試。CM010系統(tǒng)的單窗口傳感器頭部裝有光電傳感器、環(huán)境傳感器和穩(wěn)定機(jī)構(gòu)。傳感器頭部?jī)?nèi)的光電傳感器包括熱像儀、像增強(qiáng)攝像機(jī)、高清彩色電視傳感器，支持高靈敏度高寬帶電子支援措施（ESM）、通信和GPS傳感器。利用先進(jìn)的圖像處理技術(shù)對(duì)系統(tǒng)獲取的圖像進(jìn)行處理，達(dá)到進(jìn)一步增強(qiáng)系統(tǒng)作戰(zhàn)能力的目的。方位驅(qū)動(dòng)模塊支撐和轉(zhuǎn)動(dòng)傳感器頭部，桅桿升降裝置可以升降傳感器頭部和方位驅(qū)動(dòng)裝置。在甲板下面，光電處理裝置接收光電傳感器傳輸過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)，然后傳感器控制裝置對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行增強(qiáng)并顯示出來(lái)。CM010系統(tǒng)的一個(gè)關(guān)鍵特性是具有三軸穩(wěn)定系統(tǒng)，在惡劣的海況下，潛艇航行時(shí)在潛望鏡深度可以為指揮員提供亞像素級(jí)精度的穩(wěn)定圖像。

根據(jù)傳感器頭部配置的不同，CM010系列不同的 型 號(hào) 有 CM010、CM011、CM012、CM013 和CM014，所有型號(hào)的圖像都是通過(guò)光纖傳輸?shù)娇刂婆搩?nèi)的顯控臺(tái)。

英國(guó)皇家海軍選擇在首批新建的三艘“機(jī)敏”級(jí)核潛艇（被稱為第一批機(jī)敏級(jí)潛艇）裝備一對(duì)光電桅桿CM010/CM011，CM010內(nèi)的傳感器頭部組件配置的是彩色高清電視攝像機(jī)和L-3 Night Conqueror 3μm～5μm紅外熱像儀（640×512 InSb探測(cè)器），而CM011桅桿的傳感器頭部安裝的是彩色高清電視攝像機(jī)和像增強(qiáng)攝像機(jī)，像增強(qiáng)器具有水下觀察能力，而熱像儀卻沒(méi)有這種能力。

圖1 LPV樣機(jī)的傳感器頭部和操控臺(tái)

第四艘“機(jī)敏”級(jí)核潛艇，即“大膽”號(hào)HMS Audacious以及后續(xù)的三艘“機(jī)敏”級(jí)核潛艇（被稱為第二批機(jī)敏級(jí)潛艇）安裝的是增強(qiáng)型的CM010桅桿，采用了新一代的傳感器系統(tǒng)，包括高清電視、性能更高的紅外成像探測(cè)器和百萬(wàn)像素級(jí)的像增強(qiáng)能力（清晰度更高，微光性能更好）［3］。

2.2 新一代隱身型LPV和ULPV光電桅桿

Thales UK公司研制的第二代隱身型光電桅桿，充分利用第一代產(chǎn)品的研制和使用經(jīng)驗(yàn)以及先進(jìn)的傳感器和圖像處理技術(shù)，使光電桅桿的尺寸更小，重量更輕，成本更低，同時(shí)受益于紅外傳感器、可見(jiàn)光和微光電視的技術(shù)進(jìn)步，繼承了CM010在三軸穩(wěn)定、單窗口設(shè)計(jì)以及低特征信號(hào)等方面的積極表現(xiàn)。兩種新一代隱身型光電桅桿分別是：直徑190mm的LPV隱身型桅桿，適于裝備所有型號(hào)的潛艇；直徑80mm的ULPV超隱身型桅桿。

隱身型（LPV）桅桿是2015年9月在倫敦的國(guó)際防務(wù)安全與裝備展會(huì)（DSEI）上推出的。LPV的基本功能和配置與CM010類似，但體積更小，成本更低，模塊化程度更高，在一個(gè)更小的空間內(nèi)能承載多個(gè)傳感器，標(biāo)稱的傳感器配置是Thales公司的Catherine MP長(zhǎng)波紅外傳感器、高分辨率電視攝像機(jī)（可覆蓋微光近紅外波段）和激光測(cè)距儀（可能是公司的新型Micro-MELT）。

ULPV在傳感器頭部配置了兩種傳感器（高清彩色電視攝像機(jī)+像增強(qiáng)器或熱像儀），其視覺(jué)外形與攻擊潛望鏡類似。不過(guò)Thales公司也承認(rèn)這種型號(hào)的穩(wěn)定精度有所下降，并且傳感器的目標(biāo)探測(cè)、識(shí)別中和認(rèn)清距離等性能也有降低。

2.3 裝潛現(xiàn)狀

英國(guó)海軍七艘“機(jī)敏”級(jí)核動(dòng)力攻擊潛艇都裝備CM010/CM011兩根光電桅桿，CM010還出口裝備到日本海上自衛(wèi)隊(duì)的十艘“蒼龍”級(jí)（S?r?u）常規(guī)潛艇，該級(jí)潛艇上采用的是一根傳統(tǒng)的潛望鏡加一根光電桅桿的配置方式。

3 法國(guó)

法國(guó)目前代表性的光電桅桿是由Safran Electronics&Defense公司研制的30系列搜索桅桿系統(tǒng)（SOM）、攻擊光電桅桿（AOM）和雷達(dá)光電桅桿［4］。

為使實(shí)證分析結(jié)果更加準(zhǔn)確，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行以下篩選：刪除已注銷或失信的企業(yè)信息；刪除從業(yè)人員數(shù)低于10人的微型企業(yè)信息；刪掉ST和?ST等企業(yè)信息，防止財(cái)務(wù)困境對(duì)結(jié)論的影響和干擾；刪掉證監(jiān)會(huì)2012版行業(yè)代碼為J66、J67、J68、J69的金融類企業(yè)；刪掉重要財(cái)務(wù)指標(biāo)缺失嚴(yán)重的企業(yè)信息。

3.1 S30系列搜索光電桅桿

法國(guó)Safran Electronics&Defense公司（前身為Sagem）研制的30系列搜索桅桿系統(tǒng)是一種雙軸穩(wěn)定非耐壓殼體穿透光電搜索桅桿，在一個(gè)輕型傳感器頭部能夠配置四種光電任務(wù)載荷，即第三代高清熱像儀、高清彩色電視攝像機(jī)、微光攝像機(jī)（抗模糊）、人眼安全激光測(cè)距儀（ESLRF）以及電子戰(zhàn)和GPS天線。所有的四個(gè)光電通道可同時(shí)工作，其工作模式包括快速周視（QLR）、遠(yuǎn)程搜索（多個(gè)全分辨率窗口形成的全景顯示）、光電對(duì)空警戒和定向以及數(shù)字錄像和拍照。傳感器頭部可安裝GPS、電子戰(zhàn)或通訊或AIS天線。輕型傳感器頭部腔體內(nèi)部并沒(méi)有氣冷或水冷的要求，信號(hào)處理是在甲板下的一個(gè)緊湊艙室進(jìn)行的，具有數(shù)字視頻顯示、拍照和錄像功能，帶機(jī)內(nèi)故障測(cè)試，另外還配置一臺(tái)備用的指揮與控制筆記本電腦。

3.2 S30系列攻擊光電桅桿

基于30系列搜索桅桿的設(shè)計(jì)，Safran Electronics&Defense公司還研制出低特征信號(hào)的30系列攻擊光電桅桿（AOM），2014年10月在巴黎的Euronaval展會(huì)上亮相，該桅桿也能夠配置四種傳感器模塊和一個(gè)預(yù)警ESM、定向ESM、GPS和通信天線，除第三代中波紅外高清傳感器和高清電視攝像機(jī)以外，可選配人眼安全激光測(cè)距儀、短波紅外攝像機(jī)和晝夜后備攝像機(jī)，適裝所有類型的潛艇，具有很高的隱身性能，傳感器頭部直徑約120mm～130mm，與S30 SOM性能互補(bǔ)，兩種型號(hào)光電桅桿在機(jī)械、電子和軟件接口完全兼容，使用相同的處理機(jī)柜和人機(jī)界面。由于伸出水面的體積極小，其特征信號(hào)很低，還采用高度數(shù)字化技術(shù)大大提高了光電傳感器性能，具有快速周視（QLR）工作模式，在水面快速周速過(guò)程中所有的光電通道同時(shí)工作，全數(shù)字式雙屏顯示具有直觀的圖像顯示界面。

圖2 S30系列SOM搜索（左）和攻擊（右）光電桅桿的傳感器頭部

圖3 SOM光電桅桿顯控臺(tái)上的人機(jī)接口界面

3.3 光電-雷達(dá)桅桿系統(tǒng)（ORMS）

光電-雷達(dá)桅桿系統(tǒng)（ORMS）將光電桅桿與導(dǎo)航雷達(dá)的性能進(jìn)行了組合，可為潛艇減少一根桅桿配置，增強(qiáng)了潛艇在潛望鏡深度時(shí)的隱身安全性能。單根桅桿可完成觀察和雷達(dá)搜索功能，降低了被敵方探測(cè)到的概率。桅桿系統(tǒng)具有直接觀察能力、全景監(jiān)視、周視能力，采用被動(dòng)視距測(cè)距方法獲取距離信息，頭部涂覆雷達(dá)波吸收材料降低雷達(dá)特征，桅桿頂部的天線模塊組合了射頻通信、電子支援措施和GPS能力。桅桿頭部直徑360mm，雷達(dá)工作在X波段，紅外傳感器雙視場(chǎng)，高清電視攝像機(jī)2倍放大倍率，可同時(shí)處理五個(gè)目標(biāo)。不過(guò)，由于越來(lái)越多的光電桅桿都關(guān)注于隱身性設(shè)計(jì)和改進(jìn)，這型光電-雷達(dá)桅桿的裝艇應(yīng)用似乎并沒(méi)有吸引到很多的眼球，目前這型桅桿已是停產(chǎn)的狀態(tài)。

圖4 核潛艇上的ORMS光電-雷達(dá)桅桿

3.4 裝艇現(xiàn)狀

S30系列光電桅桿除裝備法國(guó)海軍潛艇，還出口到亞洲、歐洲和南美等國(guó)家海軍。

2019年，Safran電子與防御公司澳大利分部獲得價(jià)值3677萬(wàn)美元的合同，提供S30型光電搜索與攻擊桅桿，導(dǎo)航雷達(dá)以及導(dǎo)航數(shù)據(jù)分配設(shè)備，用于澳大利亞未來(lái)潛艇計(jì)劃中組裝到到潛艇主戰(zhàn)系統(tǒng)中。

4 德國(guó)

Hensoldt Optronics（前身被稱為Airbus DS Optronics）目前是德國(guó)的光電桅桿供應(yīng)商，其前輩Carl Zeiss Optronics GmbH在潛艇觀察系統(tǒng)領(lǐng)域的研制歷史可以追溯到1903年，在光電桅桿系統(tǒng)的工程化研制則始于1992年，其首套光電桅桿樣機(jī)于1995年裝艇海試，也就是于1999年投入批量生產(chǎn)的OMS 100光電桅桿系統(tǒng)。

表1 法國(guó)光電桅桿的裝艇應(yīng)用現(xiàn)狀

4.1 OMS 100和OMS 110光電桅桿

基本型的OMS 100采用兩軸瞄準(zhǔn)線穩(wěn)定技術(shù)，裝有第三代熱像儀（3μm～5μm或8μm～12μm）、彩色高清晰度電視攝像機(jī)和可選配的人眼安全激光測(cè)距儀。高清晰度電視攝像機(jī)采用了1920×1080 探測(cè)元和8×變焦鏡頭，視場(chǎng)在23.6°×13.4°和3.0°×1.7°之間連續(xù)可變。紅外通道最初采用的是蔡司公司的ATTICA第三代凝視陣列熱像儀，基于320×240 CMT探測(cè)器，工作波段3μm～5μm，不過(guò)服役于希臘海軍的系統(tǒng)選用的是8μm～12μm工作波段。OMS 100中采用的數(shù)字?jǐn)z像機(jī)具有一個(gè)獨(dú)特的接口，可以組裝不同的供應(yīng)商提供的探測(cè)器，包括AIM、雷聲、SCD以及Sofradia公司等。具有兩級(jí)視場(chǎng)變化，即12.4°×9.3°寬視場(chǎng)和4.1°×3.1°窄視場(chǎng)，使用了1.543μm的人眼安全激光測(cè)距儀。陀螺穩(wěn)定傳感器頭部的瞄準(zhǔn)線俯仰范圍為-15°～+60°，頭部還裝有Colebrand雷達(dá)，涂覆熱特征衰減膜層，窗口可加熱，具有與被動(dòng)電子戰(zhàn)接收器和定向天線以及GPS接收器連接的接口。

OMS 100桅桿具有快速周視功能，3s時(shí)間內(nèi)可完成360°掃描，能夠?qū)⒐ぷ饔诓煌ǘ蔚膫鞲衅鬏敵龅母哔|(zhì)量圖像進(jìn)行融合處理，另外還具有電子變焦能力和目標(biāo)跟蹤性能，其隱身性更強(qiáng)，使?jié)撏芤愿叩乃俣仍谒潞叫小?/p>

圖5 OMS 100光電桅桿傳感器頭部

4.2 OMS 200和OMS150

2016年推出OMS系列新成員OMS150光電桅桿，這種新型搜索桅桿采用了新的傳感器、電子線路和圖像處理技術(shù)，其關(guān)鍵特點(diǎn)是裝有短波紅外攝像機(jī)，傳感器組件中可以承裝五臺(tái)攝像機(jī)，對(duì)滑環(huán)進(jìn)行了改進(jìn)，以便實(shí)現(xiàn)全數(shù)字式光纖數(shù)據(jù)傳輸，具備ESM/測(cè)向（DF）、GPS和 VHF/UHF通訊天線接口。

除了改進(jìn)桅桿本體，OMS 150還升級(jí)了人機(jī)接口界面，采用了更先進(jìn)的圖像處理技術(shù)，顯示器可以同時(shí)顯示三臺(tái)攝像機(jī)的圖像，疊加文字信息（也叫做疊加圖像），并且利用傳感器融合技術(shù)大大提高態(tài)勢(shì)告警能力。

圖6 OMS 150傳感器頭部（左）、OMS 200 IR傳感器頭部（中）OMS 200傳感器頭部（右）

表2 德國(guó)光電桅桿的裝艇應(yīng)用現(xiàn)狀

Hensoldt Optronics公司還推出了更緊湊更隱身的OMS 200多傳感器桅桿，該型光電桅桿用于執(zhí)行原先一直由攻擊潛望鏡完成的任務(wù)，可與OMS 100（或OMS 110）配套，也可獨(dú)立配置。這種低特征信號(hào)的OMS 200光電桅桿采用的是直徑更小的單窗口傳感器頭部，裝有高清電視攝像機(jī)、短波紅外攝像機(jī)和人眼安全激光測(cè)距儀，短波紅外攝像機(jī)具有圖像質(zhì)量高和分辨率高的特點(diǎn)，與中波紅外攝像機(jī)性能互補(bǔ)，尤其是在多霧和多霾的低能見(jiàn)度環(huán)境下可提高光電桅桿的搜索能力。

4.3 裝艇現(xiàn)狀

德國(guó)光電桅桿裝備到不同國(guó)家海軍的潛艇平臺(tái)，大多采用SERO 400+OMS 100/OMS 110這種一根傳統(tǒng)潛望鏡加一根光電桅桿的配置。2014年OMS 200光電桅桿曾經(jīng)安裝到美國(guó)“弗吉尼亞”級(jí)核潛艇上進(jìn)行過(guò)海試，不過(guò)最終并沒(méi)有采購(gòu)訂單［5］。

5 美國(guó)

5.1 AN/BVS-1光電桅桿計(jì)劃（PMP）

美國(guó)海軍既是非耐壓殼體穿透式光電桅桿的積極倡導(dǎo)者，又是最早的用戶。早在20世紀(jì)80年代美國(guó)國(guó)防部高級(jí)研究計(jì)劃局（DARPA）就啟動(dòng)了非耐壓殼體穿透潛望鏡（NPP）項(xiàng)目計(jì)劃開(kāi)始潛艇光電桅桿的研制，當(dāng)時(shí)的科爾摩根光電公司（現(xiàn)在的L-3 KEO）研制非穿透式潛望鏡桅桿的樣機(jī)，在SSN-688“洛杉機(jī)”和“孟菲斯”號(hào)進(jìn)行演示試驗(yàn)。后來(lái)NPP升級(jí)成為改進(jìn)型非耐壓殼體穿透潛望鏡（INPP），采用新型傳感器（主要是3μm～5μm熱像儀替換8μm～12μm Micro-FLIR裝置）、新的電子線路和遙控顯控臺(tái)，安裝到美國(guó)海軍的“菲尼克斯”潛艇上進(jìn)行海試。在NPP/INPP項(xiàng)目計(jì)劃的進(jìn)行過(guò)程中，美國(guó)海軍又制訂了光電桅桿計(jì)劃（PMP），基于INPP設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)方案，配置了高分辨率彩色和黑白電視攝像機(jī)、640×512探測(cè)器陣列的3μm～5μm熱像儀（或8μm～12μm）以及人眼安全激光測(cè)距儀，共享一個(gè)多光譜傳感器頭部窗口。研制和試驗(yàn)成功后PMP以AN/BVS-1光電桅桿系統(tǒng)的命名裝備到美國(guó)海軍的“弗吉尼亞”級(jí)核動(dòng)力潛艇，每艘潛艇上配置兩根光電桅桿。這種隱身性多光譜AN/BVS-1具備的能力包括紅外成像、可見(jiàn)光成像、數(shù)字圖像處理、激光測(cè)距以及能夠單脈沖測(cè)向的ESM天線組件。采用雙軸瞄準(zhǔn)線穩(wěn)定，電視攝像機(jī)的俯仰-10°～+70°，具有24°× 32°、9°× 12°、3°× 4°和1.5°× 2°四種視場(chǎng)，紅外攝像機(jī)俯仰-10°～+55°（可達(dá)到+60°，但降指標(biāo)）。

為進(jìn)一步提升潛艇作戰(zhàn)成像能力，研制出AN/BVS-1（V）光電桅桿改型（PMV），裝備到美國(guó)海軍的“俄亥俄”級(jí)核動(dòng)力巡航導(dǎo)彈潛艇（SSGN），配置了高清彩色電視攝像機(jī)、增強(qiáng)性黑白電視攝像機(jī)和熱像儀以及人眼安全激光測(cè)距儀，PMV替代了傳統(tǒng)的15L型潛望鏡，同時(shí)也升級(jí)了ESM/DF裝置和顯控臺(tái)。

5.2 ISIS綜合成像系統(tǒng)

為提高美國(guó)海軍的潛艇成像要求，當(dāng)時(shí)的Lockheed Martin公司早在2004年開(kāi)始研制并交付了AN/BVY-1（V）綜合潛艇成像系統(tǒng)（ISIS），實(shí)現(xiàn)了艇內(nèi)的電子設(shè)備與艇外工作的傳感器（光電桅桿或潛望鏡）獲取的數(shù)字視頻和照片信息的融合，并將實(shí)時(shí)圖像和分析結(jié)果顯示在控制艙現(xiàn)有的戰(zhàn)術(shù)顯示屏上。ISIS還可以為艇員提供一些其它的圖像增強(qiáng)和圖像分析工具、主動(dòng)和被動(dòng)測(cè)距控制、圖像和相關(guān)數(shù)據(jù)的錄取、存貯和回放。

ISIS系統(tǒng)交付后裝備到美國(guó)海軍的“洛杉機(jī)”級(jí)潛艇（保留其傳統(tǒng)的18型搜索和2型攻擊潛望鏡）、三艘“海狼”級(jí)核潛艇、四艘“俄亥俄”級(jí)核動(dòng)力巡航導(dǎo)彈潛艇以及“弗吉尼亞”級(jí)核動(dòng)力潛艇。

圖7 AN/BVS-1光電桅桿系統(tǒng)的傳感器頭部、人機(jī)接口界面和操控臺(tái)

5.3 隱身型LPPM和AMPPM新一代光電桅桿

盡管AN/BVS-1系統(tǒng)已經(jīng)達(dá)到較高的性能，但相對(duì)而言體積較大，傳感器頭部特征明顯。為了解決這個(gè)問(wèn)題，L-3 KEO于2015年4月通過(guò)競(jìng)爭(zhēng)取勝與海軍海上系統(tǒng)司令部簽訂4870萬(wàn)美元合同研制并交付特征信號(hào)更低的光電桅桿。這部分工作也成為隱身光電桅桿（LPPM）計(jì)劃的一部分，裝備到“弗吉尼亞”級(jí)潛艇。瘦身后的LPPM的形狀和特征信號(hào)減小到與傳統(tǒng)的18型潛望鏡相當(dāng)，降低了被探測(cè)概率，LPPM還配置了短波紅外通道。

除LPPM以外，美國(guó)海軍研究局還通過(guò)低成本模塊化全景光電桅桿（AMPPM—Affordable Modular Panoramic Photonics Mast）計(jì)劃發(fā)展下一代光電桅桿，旨在提升可靠性、可維護(hù)性和成像能力，同時(shí)時(shí)降低成本，據(jù)稱全壽命周期成本降低50%。利用包括光學(xué)設(shè)計(jì)、通訊協(xié)議、散熱方式、穩(wěn)定算法以及密封和耐壓桅桿本體結(jié)構(gòu)等方面的專利技術(shù)，AMPPM樣機(jī)配置了可見(jiàn)光、微光短波紅外和紅外熱像儀，實(shí)現(xiàn)水平方向360°全景搜索，垂直視場(chǎng)為65°。采用通用型的機(jī)電接口方便了根據(jù)任務(wù)要求進(jìn)行配置，并且能夠使用當(dāng)前和以后的射頻天線。采用新型的尖晶石窗口材料，對(duì)0.35μm～5.00μm的透過(guò)率增強(qiáng)，同時(shí)硬度和耐磨性也更高。高清格式的短波紅外傳感器（由Raytheon公司提供）可工作于微光條件，并能穿透海面上的霧氣，還使用了短波紅外超光譜傳感器提高對(duì)特定光譜特征的目標(biāo)和探測(cè)能力。采用了開(kāi)放式體系結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)理念，便于部件迅速升級(jí)，并通過(guò)模塊化部件設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了更高效更安全的系統(tǒng)能力。從作戰(zhàn)性能角度來(lái)看，AMPPM可以縮短對(duì)可見(jiàn)光和紅外波段目標(biāo)的搜索時(shí)間，降低了桅桿暴露的可能性，由于具有自動(dòng)目標(biāo)探測(cè)能力，因此在雜波環(huán)境和沿海環(huán)境下的工作性能更高?？梢钥闯?，美國(guó)海軍AMPPM（也被稱為戰(zhàn)術(shù)型即插即用式光電桅桿，TOTIM—Tactically Oriented Technology Insertion Mast）將成為未來(lái)的標(biāo)準(zhǔn)桅桿，與AN/BVY-1綜合潛艇成像系統(tǒng)組合裝備到“弗吉尼亞”級(jí)核動(dòng)力攻擊潛艇和“哥倫比亞級(jí)”核動(dòng)力彈道導(dǎo)彈潛艇。

表3 美國(guó)出口型光電桅桿的裝艇應(yīng)用現(xiàn)狀

5.4 裝艇現(xiàn)狀

美國(guó)光電桅桿除裝備到“洛杉磯”級(jí)和“弗吉尼亞”級(jí)潛艇，還將經(jīng)過(guò)改裝的出口型光電桅桿命名為86型光電桅桿出售給國(guó)外海軍，主要包括意大利、荷蘭、埃及以及西班牙等國(guó)家［6］。

6 新型非轉(zhuǎn)動(dòng)式全景光電桅桿

Tobon Imaging公司推出了新型的Varuna非轉(zhuǎn)動(dòng)式全景光電桅桿，是一種多光譜、多孔徑、全幀頻360°成像的非殼體穿透式光電桅桿，根據(jù)潛艇使命任務(wù)需求配置晝光電視攝像機(jī)/短波紅外攝像機(jī)和非致冷長(zhǎng)波紅外攝像機(jī)/致冷中波紅外攝像機(jī)。使用非致冷紅外攝像機(jī)可以降低使用成本，傳感器的壽命相對(duì)更長(zhǎng)。使用多個(gè)凝視傳感器陣列系統(tǒng)，不需要電動(dòng)或機(jī)械掃描，數(shù)倍增強(qiáng)目標(biāo)搜索能力，無(wú)活動(dòng)部件，大大提高了系統(tǒng)的可靠性。

當(dāng)前裝艇的光電桅桿為了縮短桅桿暴露時(shí)間多具有快速周速能力，暴露時(shí)間為3s，全景觀察時(shí)間大多在10s以內(nèi)。包括桅桿的暴露時(shí)間在內(nèi)，而這種新型非轉(zhuǎn)動(dòng)式“固態(tài)”光電桅桿能在2s內(nèi)完成全景觀察。采用實(shí)時(shí)圖像處理技術(shù)，具有自動(dòng)多目標(biāo)跟蹤、電子水天線校正、EO/IR雙光譜傳感器融合成像、錄像功能，抗模糊等功能，利用基于人工智能技術(shù)的目標(biāo)識(shí)別和自動(dòng)威脅分析，大大提高了潛艇在潛望鏡深度的態(tài)勢(shì)告警能力。能接收遠(yuǎn)程桅桿的指示信號(hào)并隨動(dòng)，也可為常規(guī)的潛望鏡提供目標(biāo)指示，并引導(dǎo)潛望鏡自動(dòng)或手動(dòng)對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)。據(jù)稱Varuna對(duì)人的探測(cè)、識(shí)別和認(rèn)清距離為1.2km、400m和200m，對(duì)巡邏艇和戰(zhàn)艦的探測(cè)、識(shí)別和認(rèn)清距離為4km、3km和1.5km。

目前Varuna光電桅桿已完成研制，但還未進(jìn)入生產(chǎn)階段。

圖8 海試中的Varuna光電桅桿

7 潛艇光電桅桿發(fā)展趨勢(shì)

盡管由于各國(guó)海軍面臨的風(fēng)險(xiǎn)特性和完全可以理解的潛艇界的保守思想，光電桅桿的概念得到海軍作戰(zhàn)裝備實(shí)踐者的認(rèn)可還是花費(fèi)了一些時(shí)日，從許多國(guó)家的海軍都趨向于在新造潛艇上裝備一根光電搜索桅桿和一根常規(guī)的攻擊潛望鏡可以證明這一點(diǎn)，這個(gè)所謂的“1+1”方案可以在一臺(tái)設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí)提供一定的冗余度，但潛望鏡仍舊需要穿透圍殼的設(shè)計(jì)難度仍然沒(méi)有消除。因此，目前的現(xiàn)狀是：盡管有些國(guó)家的海軍仍舊堅(jiān)持采用“1+1”的光電搜索桅桿和攻擊潛望鏡的裝備方案，但越來(lái)越多的新造潛艇都裝備了一對(duì)光電桅桿作為標(biāo)準(zhǔn)配置的方案，不再安裝直接觀察式的傳統(tǒng)潛望鏡，這樣就使得潛艇設(shè)計(jì)者在確定控制艙的位置和布局時(shí)有更大的靈活性。

隨著光電桅桿技術(shù)的優(yōu)勢(shì)得到深刻的認(rèn)識(shí)，隨之帶來(lái)的目標(biāo)鑒別力、可靠性和可維護(hù)性潛艇圍殼的整體性或安全性相對(duì)于圍殼穿透式潛望鏡的優(yōu)勢(shì)日益凸顯。進(jìn)入21世紀(jì)以后，光電桅桿有完全取代潛望鏡的趨勢(shì)，美、英、法三國(guó)海軍在其新型核動(dòng)力潛艇上都已只裝備了光電桅桿。同時(shí)，對(duì)于二流、三流海軍國(guó)家而言，把穿透式潛望鏡與非穿透式光電桅桿組合配置，也會(huì)是目前和今后潛艇觀察手段的主流選擇。

目前安裝了先進(jìn)傳感器的光電桅桿可在伸出水面的數(shù)秒鐘內(nèi)就捕獲到的完整的水面圖像，還能與其它多個(gè)傳感器協(xié)同工作、組網(wǎng)工作，戰(zhàn)術(shù)信息可來(lái)源于各種傳感器、數(shù)據(jù)庫(kù)和監(jiān)視平臺(tái)，戰(zhàn)術(shù)信息通過(guò)顯示器提供給艇員使用。包括各種常規(guī)和微光電視攝像機(jī)在內(nèi)的傳感器，可基本實(shí)現(xiàn)即插即用式安裝。除此之外，還能與其它多個(gè)傳感器協(xié)同工作，組網(wǎng)工作。這就意味著，戰(zhàn)術(shù)信息可來(lái)源于各種傳感器、數(shù)據(jù)庫(kù)和監(jiān)視平臺(tái)，其中大多數(shù)信息可通過(guò)顯示器提供給操作人員［9］。

在發(fā)展光電桅桿技術(shù)的同時(shí)，會(huì)依據(jù)不同類型潛艇平臺(tái)的功能要求，通過(guò)模塊化設(shè)計(jì)、通用接口兼容和非轉(zhuǎn)動(dòng)式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，可使現(xiàn)役潛艇有更直接的升級(jí)通道，大幅降低制造成本，使光電桅桿傳感器的維護(hù)和升級(jí)成本更低，并可根據(jù)具體的使命任務(wù)定制或升級(jí)特定的傳感器系統(tǒng)。據(jù)英國(guó)Thales UK公司稱，基于模塊化設(shè)計(jì)的新一代的隱身光電桅桿LPV和ULPV由于與現(xiàn)有的光電桅桿的接口兼容，并且與前一代光電桅桿使用相同的顯控臺(tái)，不僅可直接更換傳感器頭部，也可更換方位驅(qū)動(dòng)組件等其它部件，這些更換工作可在兩小時(shí)內(nèi)完成，大大降低了升級(jí)和維修的成本。

圖9 采用凝視探測(cè)器陣列的新型光電桅桿的快速全景工作模式

8 結(jié)語(yǔ)

光電桅桿既是高新技術(shù)的產(chǎn)物，又隨著技術(shù)的不斷突破而發(fā)展，在海軍作戰(zhàn)需求任務(wù)的驅(qū)使下，現(xiàn)代潛艇光電傳感器技術(shù)不斷進(jìn)步，將會(huì)充分利用超光譜、短波紅外、高清攝像機(jī)、光纖傳輸技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和圖像處理技術(shù)的發(fā)展成果，提高圖像情報(bào)質(zhì)量，優(yōu)化操控模式的自動(dòng)化程度，增強(qiáng)探測(cè)和目標(biāo)識(shí)別能力。